a: \(\overrightarrow{BA}-\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{BA}+\overrightarrow{CB}=\overrightarrow{CA}\)

b: lấy điểm H sao cho \(\overrightarrow{AH}=\overrightarrow{GC}\)

\(\overrightarrow{AH}=\overrightarrow{GC}\)

=>AH//GC và AH=GC

Xét tứ giác AHCG có

AH//CG

AH=GC

Do đó: AHCG là hình bình hành

ΔABC đều có G là trọng tâm

nên \(AG=GB=GC=\dfrac{a\sqrt{3}}{3}\)

\(\left|\overrightarrow{AB}-\overrightarrow{GC}\right|=\left|\overrightarrow{AB}-\overrightarrow{AH}\right|\)

\(=\left|\overrightarrow{HA}+\overrightarrow{AB}\right|=\left|\overrightarrow{HB}\right|=HB\)

AHCG là hình bình hành

=>HC=AG và HC//AG

=>\(HC=\dfrac{a\sqrt{3}}{3}\)

ΔABC đều có G là trọng tâm

nên GB=GC=GA

GB=GC

AB=AC

Do đó: AG là đường trung trực của BC

=>AG\(\perp\)BC

mà CH//AG

nên CH\(\perp\)CB

=>ΔCHB vuông tại C

=>\(BH^2=HC^2+BC^2\)

=>\(BH^2=\left(\dfrac{a\sqrt{3}}{3}\right)^2+a^2=a^2+\dfrac{1}{3}a^2=\dfrac{4}{3}a^2\)

=>\(BH=a\cdot\dfrac{2\sqrt{3}}{3}\)

=>\(\left|\overrightarrow{AB}-\overrightarrow{GC}\right|=BH=\dfrac{2a\sqrt{3}}{3}\)

Do trọng tâm tam giác đều đồng thời là trực tâm nên \(GC\perp AB\)

Gọi M là trung điểm AB \(\Rightarrow CM=\frac{2a.\sqrt{3}}{2}=a\sqrt{3}\) (công thức độ dài trung tuyến tam giác đều)

\(\Rightarrow CG=\frac{2}{3}CM=\frac{2a\sqrt{3}}{3}\)

Đặt \(x=\left|\overrightarrow{AB}-\overrightarrow{GC}\right|\Rightarrow a^2=AB^2+GC^2-2\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{GC}=AB^2+GC^2\)

\(\Rightarrow x^2=\left(2a\right)^2+\left(\frac{2a\sqrt{3}}{3}\right)^2=\frac{16a^2}{3}\Rightarrow x=\frac{4a\sqrt{3}}{3}\)

Kẻ \(\overrightarrow{AH}=\overrightarrow{GC}\)

ΔABC đều có G là trọng tâm

nên G là tâm đường tròn nội tiếp ΔABC

=>AG,CG,BG lần lượt là phân giác của góc \(\widehat{BAC};\widehat{ACB};\widehat{ABC}\)

ΔABC đều

=>\(\widehat{BAC}=\widehat{ACB}=\widehat{ABC}=60^0\)

AG là phân giác của góc BAC

=>\(\widehat{BAG}=\widehat{CAG}=\dfrac{1}{2}\cdot\widehat{BAC}=\dfrac{1}{2}\cdot60^0=30^0\)

CG là phân giác của góc ACB

=>\(\widehat{ACG}=\widehat{BCG}=\dfrac{1}{2}\cdot\widehat{ACB}=30^0\)

Xét ΔGAC có \(\widehat{AGC}+\widehat{GAC}+\widehat{GCA}=180^0\)

=>\(\widehat{AGC}+30^0+30^0=180^0\)

=>\(\widehat{AGC}=120^0\)

\(\overrightarrow{AH}=\overrightarrow{GC}\)

=>AH//GC và AH=GC

Xét tứ giác AHCG có

AH//CG

AH=CG

Do đó: AHCG là hình bình hành

=>\(\widehat{GAH}+\widehat{AGC}=180^0\)

=>\(\widehat{GAH}=180^0-120^0=60^0\)

ΔABC đều có G là trọng tâm

nên \(AG=CG=BG=\dfrac{a\sqrt{3}}{3}=\dfrac{2\sqrt{3}\cdot\sqrt{3}}{3}=2\)

\(\overrightarrow{AB}-\overrightarrow{GC}=\overrightarrow{AB}-\overrightarrow{AH}=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{HA}=\overrightarrow{HB}\)

\(\widehat{BAH}=\widehat{BAG}+\widehat{GAH}=30^0+60^0=90^0\)

=>ΔABH vuông tại A

AH=CG

mà 2

nên AH=2

ΔABH vuông tại A

=>\(BH^2=AB^2+AH^2\)

=>\(BH^2=\left(2\sqrt{3}\right)^2+2^2=16\)

=>BH=4

=>\(\left|\overrightarrow{AB}-\overrightarrow{GC}\right|=\left|\overrightarrow{HB}\right|=HB=4\)

Gọi M là trung điểm AB \(\Rightarrow CM=\frac{2a\sqrt{3}}{2}=a\sqrt{3}\) (t/c trung tuyến tam giác đều)

\(\Rightarrow GC=\frac{2}{3}CM=\frac{2a\sqrt{3}}{3}\)

Do trong tam giác đều, trọng tâm đồng thời là trực tâm

\(\Rightarrow AB\perp GC\Rightarrow\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{GC}=0\)

Đặt \(x=\left|\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{GC}\right|\Rightarrow x^2=AB^2+GC^2+2\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{GC}\)

\(\Rightarrow x^2=AB^2+GC^2=4a^2+\frac{4a^2}{3}=\frac{16a^2}{3}\)

\(\Rightarrow x=\frac{4a\sqrt{3}}{3}\)

Xét tam giác đều ABC có

G là trọng tâm của tam giác(gt)

=> 3 đường trung tuyến bằng nhau

=> \(GB=GC=AG=\dfrac{2}{3}AM=\dfrac{2}{3}.3=2\left(cm\right)\)

Vì ΔBAC đều nên \(GB=GC=\dfrac{2}{3}AM\)

hay GB=GC=2cm

\(\overrightarrow{u}=\overrightarrow{GA}+\overrightarrow{GB}+\overrightarrow{GM}+\overrightarrow{GN}=\overrightarrow{GA}+\overrightarrow{GB}+\overrightarrow{GC}+\overrightarrow{CM}+\overrightarrow{GB}+\overrightarrow{BN}\)

\(=\overrightarrow{GA}+\overrightarrow{GB}+\overrightarrow{GC}+\overrightarrow{GB}+\overrightarrow{CM}+\overrightarrow{BN}=\overrightarrow{GB}+2\overrightarrow{BN}\)

G là trọng tâm \(\Rightarrow BG=\dfrac{2}{3}.\dfrac{a\sqrt{3}}{2}=\dfrac{a\sqrt{3}}{3}\)

\(\left|\overrightarrow{u}\right|=\left|\overrightarrow{GB}+2\overrightarrow{BN}\right|\Rightarrow\left|\overrightarrow{u}\right|^2=BG^2+4BN^2+4\overrightarrow{GB}.\overrightarrow{BN}\)

\(=\dfrac{a^2}{3}+4a^2+4.\dfrac{a\sqrt{3}}{3}.a.cos120^0=\dfrac{13-2\sqrt{3}}{3}a^2\)

\(\Rightarrow\left|\overrightarrow{u}\right|=\sqrt{\dfrac{13-2\sqrt{3}}{3}}.a\)